把數學作為解決社會問題的工具

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範劍青:把數學作為解決社會問題的工具

作者:陳歡歡  王丹紅

弗雷德裡克·L·摩爾(Frederick L. Moore)是美國普林斯頓大學1918年的畢業生
,一位著名的銀行家,他先鋒性地投資開發了加拿大西部石油和煤氣資源,投資並
策劃了沃特·迪斯尼公司股票的上市。他的學生愛德華·B·古德諾(Edward B.
Goodnow) 1947年從普林斯頓大學畢業。2004年,古德諾向母校捐款500萬美元設立
Frederick L. Moore’18金融教授席位。2006年,經全校性評選,範劍青成為第一
位、也是唯一一位Frederick L. Moore’18金融教授。對於這個頭銜,範劍青淡淡
地說:“好處就是不用解釋我在普林斯頓做得怎麼樣。”

 

2006年10月的一天,正在北京開會的範劍青接受了《科學時報》記者長達4個小時
的採訪。談到為何如此慷慨地給記者時間,他說:“統計科學是為社會服務的,希
望更多的人能瞭解、熱愛並支援統計科學,希望統計科學在中國有更多的應用。”
“數學科學在解決有重大影響的社會問題的挑戰中會得到更強勁的發展,對實踐方
法的推敲和完善將促進理論、方法和應用的良性迴圈,從而推動它們的共同進步。

 

今年43歲的範劍青已是國際統計科學界的領軍人物。2000年,哈佛大學教授Marvin
 Zelen在向他頒發統計學最高獎——考普斯總統獎時稱:範劍青對統計有巨大、廣
泛的貢獻。

 

範劍青這次回國是參加四年一度的概率統計年會並作全會報告,這是他今年第四次
回國。在海外身負重任,為何還不辭辛勞為祖國服務呢?他說:“為國家做一些事
情,這是一種感情。”

 

陪同採訪的中國科學院數學與系統科學院副院長陳敏說:“無論是做人的品質、做
學問的態度還是對祖國的熱愛,範劍青都是我們的楷模。他是國際統計方向的領軍
人,卻時時不忘幫助祖國。在擔任香港中文大學統計系教授和系主任期間,他積極
推動大陸學者訪問計劃和博士培養專案。現在,在完成普林斯頓的工作後,他將主
要精力放在國內。”

 

“你應該側重於應用”

 

1978年,年僅15歲的範劍青以數理化幾乎滿分的成績考入復旦大學數學系。1982年
大學畢業後,他認為自己的數學功底不錯,但數學只是一個好工具,而他自己一直
想做與社會相關的事情,因此選擇了“與數學接近,又與實際結合”的學科——統
計學,成為中國科學院應用數學所研究員方開泰的研究生。

 

1985年,範劍青碩士畢業後考上在職博士。當時,他並不想出國,因為“覺得自己
的研究做得挺好,已經在國內一流期刊上發表了約10篇論文”;但另一方面,範劍
青也深深感到“我的研究侷限在自己瞭解的知識之內,技巧多但想法不多”。

 

20世紀80年代中期,國內的“出國風”衝擊著範劍青,他開始想到國際統計學的前
沿——美國,然而當時他和外界並沒什麼聯絡。但他非常幸運,得到了著名的國際
理論統計學權威、加州大學伯克利分校教授Lucient Le Cam的賞識,獲得加州大學
校董會獎學金,來到伯克利攻讀博士。

 

當時,範劍青希望跟隨Le Cam做博士,但Le Cam說自己年齡大了,將他推薦給一位
29歲的專家大衛·道能浩(David L. Donoho)。道能浩後來獲得麥克阿瑟天才獎和
考普斯總統獎,並當選美國科學院院士。但當時尚未出道的他對範劍青說,“你跟
我做學問可以,但我畢竟年輕,你以後要走自己的路,還需要有資深的人指導”。
於是,道能浩又將範劍青推薦給伯克利的另一位統計學大師、美國科學院院士彼得
·畢克(Peter J .Bickel),範劍青因此有了兩位導師。畢克是考普斯總統獎的第
一位獲得者,也是獲得麥克阿瑟天才獎的四位統計學家之一,他在數學技巧、為人
處事等方面都給範劍青以指導。

 

範劍青認為,自己在伯克利最大的收穫就是從老師那裡學到很多科學思想和科學哲
學。他說:“我把我的數學結果拿給老師看,但他說’不用看,我知道你們中國人
做數學可能比我都好,我就跟你去喝咖啡,聊聊數學,教你怎麼做有創意的研究,
探討什麼是知識創新’。”

 

博士畢業時,道能浩對他說:“中國人的數學功夫不錯,但做學問沒有自己的特色
就永遠沒有出路,我側重理論,而你應該側重應用。”

 

範劍青說,做數學有兩種方向,一種是“向裡走”,解決數學自身的內在聯絡或難
題;另一種是“向外走”,用數學去解決經濟學、生物學、社會學等科學領域裡的
問題。他說:“我的興趣是用數學去揭開自然的奧祕,歸納社會現象,發展統計科
學理論和應用,而不是解決數學難題。理論、方法、應用是融為一體的。學術價值
的關鍵是知識創新的程度。”

 

“只要問題夠複雜我就做”

 

縱覽範劍青長達24頁的簡歷,很難用簡略的語言概括他的學術成就,但是他解決的
問題卻有一些共性——複雜、開創性、革命性。許多數學問題由於過於複雜曾被認
為只限於理論演練,但是範劍青的工作卻讓理論變成了現實。由於他的工作,許多
原先只能解決飽和、一元、正態、均勻、引數的統計學問題被擴充套件到非飽和、多元
、非正態、非均勻、非引數。國際統計界對他的評價是“在理論和方法論上都開闢
了很多新領域,為後續研究奠定了基礎”。他獨創的非引數建模法使他獲得了
2000年的考普斯總統獎,北卡羅來納大學統計系教授Marron甚至用“文藝復興”形
容這項工作對統計學的影響。

 

在這項工作中,範劍青的貢獻在於提出區域性建模新理念。他說:“統計的最大問題
在於模型誤差,區域性建模的優點在於可以大大降低誤差。以地球為例,整體建模就
是一個球體,但是區域性看來就是有山有水、有平地有弧度,可以精確描述。當時,
關於非引數的想法存在相互爭論的兩派,我進入這個領域的第一篇文章就是說兩派
都有其優缺點,但區域性建模綜合了它們的優點。”範劍青證明了他的方法是最有效
的,從此結束了該領域的長期爭論。區域性建模法能廣泛應用於許多複雜問題的解決
,如醫學、保險、經濟等方面。2000年諾貝爾經濟學獎得主赫克曼就是用類似模型
分析經濟問題而名揚世界。

 

範劍青認為,好的工作首先是知識創新,“我經常跟學生說,應該隨時考慮自己的
工作有沒有創新,而不是多辛苦,僅僅辛苦是不夠的”。

 

“我對統計很有自信,跟人合作時喜歡說兩句話:’只要你覺得問題對你的領域充
分重要、我聽上去問題很複雜,肯定會有好結果。’因為如果問題不復雜,我能解
決別人也可以,甚至說不定已經解決,那就沒意思了。”

 

“統計學家要講多種語言”

 

範劍青非常喜歡伽利略的一句名言“自然是用數學語言來編碼的”。他說:“當我
們用數學解決問題時,說明我們對這個問題非常瞭解,可以定量研究它,否則只是
一種描述性的認識。統計就是用數學工具找出編碼的規律,是解開密碼的強有力的
工具。”

 

用數學方法來解決社會問題,統計學註定是一門交叉學科。範劍青在普林斯頓大學
的5個部門任職:運籌學與金融工程系、經濟系、金融中心、應用數學以及生物工
程。他常講:“統計學家是講多種語言的。要和物理、化學、工程、環境保護、金
融、生物等領域打交道,這個範圍要多廣有多廣。我自己將主要精力放在四個方向
:金融學、生物資訊、機器學習和生物統計,這四個方向已經夠廣了。”

 

怎樣與不同領域的專家合作呢?範劍青有兩種方法:讀文章和自己動手做。他說:
“首先是讀文章,世界上的文章多得讀不完,但重要的文章還是得讀下來,尤其要
讀綜述性的、大師的文章。這很重要,我要看看以前的問題是怎麼解決的?拿到的
資料是什麼?他們做了怎樣的統計假設?這些假設在要解決的問題中是否合理?站
在這個角度就很容易找到新的有意思的題目。第二,進入一個領域最好的方法就是
自己去做,對統計學家來說,只聽是不行的,資料到眼前就一目瞭然了,就像聽了
對一幅畫的介紹,但百聞不如一見,還是要去親自了解一下資料是怎樣收集的、要
解決的真正問題是什麼。”所以統計學家要學一些新的語言。

 

“我比15年前更喜歡統計”

 

當他被問及什麼時候是學術生涯中最困難的時期,範劍青說是15年前剛畢業兩三年
的時候。“當時,我發表了三篇有創意的文章,但暫時找不到下一個好問題,對信
心有一定的打擊。而且當時對統計的理解還有些片面,整個統計學也沒有太大進展
。後來,隨著社會和新技術的發展,出現了很多新問題,我做了很多原先不懂的問
題,進入一些新的領域,慢慢走出來了。”

 

1997年,範劍青在香港中文大學做訪問學者。在那裡,範劍青的工作深得校方的大
力支援。然而,2003年他還是被已有20多年沒有聘請過統計學家的普林斯頓大學“
硬拉過去了”。當時,香港中大校長李國璋對他說:“你要的東西我都給你了,這
幾年虧待過你嗎?”範劍青說:“我也沒有貪心多要。為什麼要走?因為人要在工
作中不斷充實自己,我需要充電。”

 

範劍青記得剛畢業時問前輩:未來是什麼?前輩說不好講。後來前輩遇到他問:你
現在已經成熟了,你說未來是什麼?他回答說:“我現在做統計比我15年前有興趣
得多,因為我真不知道現在許多問題中的數學問題是什麼、它的答案是什麼、自然
的奧祕是什麼。計算技術的發展為統計學的發展提供了新的能量,資訊和技術革命
又給統計學帶來了很多新問題,只要用統計去解決實際問題,永遠做不完,我現在
比當年還用功。”

 

從大學開始接觸統計學到今天,統計對範劍青意味著什麼?他說:“一是強有力的
工具,我做研究、與人打交道,十八般武藝最強的就是統計學;二是我的數學修養
還可以,不是統計的問題也敢碰,能幫助別人解決實際問題。”

 

2004年,已是普林斯頓大學教授的範劍青放棄了再回香港中文大學兼職的機會,希
望利用假期回來幫助大陸學術界。2004年,範劍青被評為中國科學院海外評審專家
,2005年出任中國科學院數學與系統科學研究院統計科學研究中心主任,2006年獲
得國家傑出海外青年基金。雖然擁有了一系列頭銜,但陳敏說:“這些頭銜更多的
是一種榮譽,範劍青回來工作付出的遠遠比榮譽多得多,甚至每次國際旅費都是他
自己承擔。”

 

“在華爾街做顧問,經常和百萬富翁打交道,你有沒有受到’誘惑’?”“人生如
果有第二次選擇,你會選什麼?”面對這樣的問題,範劍青都用“快樂”來回答。
他說:“人生快樂很重要,成功了就會快樂。人最重要的是快樂、是對社會有用,
現在做科學我很快樂,每天有做不完的工作。有人問我會不會沮喪,我想說連沮喪
的時間都沒有,沒事做才沮喪,這麼忙才不會呢。你問我的夢想是什麼,我的夢想
就是明天能比今天更好,能夠做更多對社會有實際影響的工作。” 

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